[ad_1]
Vào đầu những năm 90, các nhà sinh thái học đã tích lũy đủ bộ dữ liệu chuỗi thời gian về các quần thể loài và đủ khả năng tính toán để kiểm tra những ý tưởng này. Chỉ có một vấn đề: Sự hỗn loạn dường như không có ở đó. Chỉ khoảng 10 phần trăm dân số được kiểm tra dường như thay đổi một cách hỗn loạn; phần còn lại theo chu kỳ ổn định hoặc dao động ngẫu nhiên. Các lý thuyết về sự hỗn loạn hệ sinh thái đã không còn hợp thời với khoa học vào giữa những năm 1990.
Tuy nhiên, kết quả mới từ Rogers, Munch và đồng nghiệp nhà toán học ở Santa Cruz của họ, Bethany Johnson, cho thấy rằng công trình cũ hơn đã bỏ lỡ nơi mà sự hỗn loạn đang ẩn náu. Để phát hiện sự hỗn loạn, các nghiên cứu trước đây đã sử dụng các mô hình với một chiều duy nhất – kích thước quần thể của một loài theo thời gian. Họ không xem xét những thay đổi tương ứng trong các yếu tố lộn xộn trong thế giới thực như nhiệt độ, ánh sáng mặt trời, lượng mưa và tương tác với các loài khác có thể ảnh hưởng đến quần thể. Các mô hình một chiều của họ đã nắm bắt được cách các quần thể thay đổi, nhưng không phải lý do tại sao chúng thay đổi.
Nhưng Rogers và Munch “đã tìm kiếm [chaos] Theo một cách hợp lý hơn, ”Aaron King, giáo sư sinh thái học và sinh học tiến hóa tại Đại học Michigan, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết. Sử dụng ba thuật toán phức tạp khác nhau, họ đã phân tích 172 chuỗi thời gian của các quần thể sinh vật khác nhau dưới dạng mô hình với nhiều nhất là sáu chiều thay vì chỉ một, để lại chỗ cho ảnh hưởng tiềm tàng của các yếu tố môi trường không xác định. Bằng cách này, họ có thể kiểm tra xem liệu các mẫu hỗn loạn không được chú ý có thể được nhúng vào trong biểu diễn một chiều của sự thay đổi dân số hay không. Ví dụ, lượng mưa nhiều hơn có thể liên quan đến sự gia tăng hoặc giảm dân số một cách hỗn loạn, nhưng chỉ sau một vài năm trì hoãn.
Trong dữ liệu dân số của khoảng 34% loài, Rogers, Johnson và Munch đã phát hiện ra, dấu hiệu của các tương tác phi tuyến thực sự có mặt, hỗn loạn hơn đáng kể so với những gì đã được phát hiện trước đây. Trong hầu hết các tập dữ liệu đó, sự thay đổi dân số của các loài lúc đầu không có vẻ hỗn loạn, nhưng mối quan hệ của các con số với các yếu tố cơ bản là. Họ không thể nói chính xác yếu tố môi trường nào là nguyên nhân gây ra sự hỗn loạn, nhưng cho dù đó là gì, dấu vân tay của họ đều có trên dữ liệu.
Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra mối quan hệ nghịch đảo giữa kích thước cơ thể của một sinh vật và động lực dân số của nó có xu hướng hỗn loạn như thế nào. Điều này có thể là do sự khác biệt về thời gian thế hệ, với các sinh vật nhỏ sinh sản thường xuyên hơn cũng bị ảnh hưởng bởi các biến bên ngoài thường xuyên hơn. Ví dụ, các quần thể tảo cát có các thế hệ kéo dài khoảng 15 giờ cho thấy sự hỗn loạn hơn nhiều so với các đàn sói có các thế hệ kéo dài gần 5 năm.
Tuy nhiên, điều đó không nhất thiết có nghĩa là quần thể sói vốn đã ổn định. Munch nói: “Một khả năng là chúng ta không nhìn thấy sự hỗn loạn ở đó bởi vì chúng ta không có đủ dữ liệu để quay lại trong một khoảng thời gian đủ dài để xem nó. Trên thực tế, ông và Rogers nghi ngờ rằng do những ràng buộc về dữ liệu của họ, các mô hình của họ có thể đang đánh giá thấp mức độ hỗn loạn tiềm ẩn hiện diện trong hệ sinh thái.
Sugihara cho rằng kết quả mới có thể rất quan trọng đối với việc bảo tồn. Ví dụ, các mô hình được cải tiến với yếu tố hỗn loạn phù hợp có thể thực hiện tốt hơn công việc dự báo sự nở hoa của tảo độc hoặc theo dõi các quần thể thủy sản để ngăn chặn việc đánh bắt quá mức. Xem xét sự hỗn loạn cũng có thể giúp các nhà nghiên cứu và quản lý bảo tồn hiểu được khả năng dự đoán quy mô dân số một cách có ý nghĩa đến mức nào. Ông nói: “Tôi nghĩ rằng điều đó rất hữu ích khi vấn đề này hiện hữu trong tâm trí mọi người.
Tuy nhiên, ông và King đều cảnh báo không nên đặt quá nhiều niềm tin vào những mô hình có ý thức về sự hỗn loạn này. “Khái niệm cổ điển về sự hỗn loạn về cơ bản là một khái niệm cố định,” King nói. Nó được xây dựng dựa trên giả định rằng những dao động hỗn loạn thể hiện sự khác biệt so với một số chuẩn mực ổn định, có thể đoán trước được. Nhưng khi biến đổi khí hậu diễn ra, hầu hết các hệ sinh thái trong thế giới thực ngày càng trở nên không ổn định ngay cả trong ngắn hạn. Ngay cả khi tính đến nhiều khía cạnh, các nhà khoa học sẽ phải nhận thức được đường cơ sở luôn thay đổi này.
Tuy nhiên, xem xét sự hỗn loạn là một bước quan trọng để tạo mô hình chính xác hơn. Munch nói: “Tôi nghĩ điều này thực sự thú vị. “Nó chỉ chạy ngược lại cách chúng ta hiện đang nghĩ về động lực sinh thái.”
Câu chuyện gốc tái bản với sự cho phép của Tạp chí Quanta, một ấn phẩm độc lập về mặt biên tập của Tổ chức Simons có nhiệm vụ nâng cao hiểu biết của công chúng về khoa học bằng cách bao gồm các phát triển và xu hướng nghiên cứu trong toán học cũng như khoa học vật lý và đời sống.
